影响氮化硅结合碳化硅制品质量的因素及其控制措施研究

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影响氮化硅结合碳化硅制品质量的因素及其控制措施研究

任

云，任霞，刘长春，任江

（沈阳长信碳化硅微粉有限公司，辽宁新民

110324）

摘

要：随着碳化硅产业的不断发展，其制备工艺也越来越复杂，性能更加综合化和优越化。在氮化硅结合碳化

硅制备工艺过程中，如何对影响产品质量的因素进行控制，继而确保最终产品的性能，对于生产企业实现质量控制目标是至关重要的。文章就这一相关议题进行了探讨，分别从产品原料的性质方面、结合剂方面、不同的成型工艺方面、干燥流程、装窑方式以及氮化工艺流程等方面进行了分析和论述，供相关人士参考。关键词：影响因素；碳化硅；氮化硅；质量控制

作者简介：任云（1977-），女，辽宁沈阳人，硕士，研究方向：纳米，微米碳化硅原料表面处理，生产工艺以及碳化硅精细陶瓷

的生产工艺等。

Metallurgy and materials

氮化硅结合碳化硅材料是一类新型耐火材料，该类材料中又包含更细的类别，如氮化硅结合碳化硅辐射管、氮化硅结合碳化硅砖等等。由于该类材料具备多种优良性能，氮化硅结合碳化硅材料因具有的节能环保特点更是从众多同性能产品中脱颖而出，未来的市场发展前景良好。

氮化硅结合碳化硅制品的生产工艺流程图如图1所示。

图1氮化硅结合碳化硅制品的生产工艺流程

添加剂碳化硅硅粉辅助原料

配料

水

临时结合剂混料

废坯成型氮化炉检验

烧成干燥

1原料性质的影响

氮化硅结合碳化硅制品涉及到的主要生产原料有：碳化硅、硅粉、氮气等添加剂。不同于普通的氮化硅材料制品，氮化硅结合碳化硅制品所需要的原料必须具有更高的纯度。碳化硅的纯度应达到98.5%以上，硅粉的纯度应达到99%以上，氮气的纯度应达到99.9%以上。除了原料的纯度需要进行严格的控制之外，生产加工过程中还需要对原料的粒度和颗粒级配进行严格的控制。原料的粒度过高将会直接影响胚体成型的体积密度，造成胚体的致密性降低，影响最终的产品质量。在原料颗粒级配方面，要注意硅粉的粒度，硅粉的粒度控制可以确保硅粉与氮气的反应效率，但是一味降低硅粉的粒度也会存在一定的负面影响，即硅粉与氮气反应速率过快，剧烈的反应造成反应装置中热量集聚上升，一旦温度超过1400益时，会诱发碳化硅表面出现

流硅现象，反而不利于产品的质量控制。另外，在氮化硅结合碳化硅制品的原料中加入ZrSiO 4可以起到改善产品抗氧化性的作用。

2结合剂的影响

氮化硅结合碳化硅制品生产工艺中，需要加入临时

的结合剂，结合剂的加入主要有两大功效，一是可以帮助原料之间融合实现均质体，改善原料颗粒表面的分散性，为胚体成型创建良好的条件；二是氮化硅结合碳化硅制品在干燥和烧成的工序中要面临升温的过程，而在高温条件下，氮化硅结合碳化硅制品中的临时结合剂会分解，气态物质挥发过程中给氮化硅结合碳化硅制品留下大量的网络状气孔通道，不仅更有利于氮气的充入，提高了硅粉和氮气之间的反应效率，而且也能够更有利于最终产品的稳定性。临时结合剂主要有：有机糊精、木质素磺酸钙以及德国司马化工分散剂等等，目前行业内对于临时结合剂的添加量质量百分比通常在5%以内。

3成型工艺的影响

目前，氮化硅结合碳化硅制品的成型工艺主要有半

干法成型和注浆成型两大类。其中半干法成型因生产效率较高的优势应用更加普遍。国内主要采用的是注浆法成型，这就要求浆料性能一定要好，决定浆料好坏的因素有很多，其中碳化硅微粉的表面处理占有很重要的地位。这种原料的来源基本靠进口———法国的圣戈班公司，2018年沈阳长信碳化硅微粉有限公司通过自主研发，成果的攻克了难关，研发出了专门用于氮化硅结合碳化硅制品的碳化硅微粉，不仅摆脱了对国外产品的依赖，在产品性能上也有了很大的提高，体积密度由2.52g/mL 提高到了2.57g/mL ；

冶金与材料第39卷

（上接第154页）20℃的平均抗弯强度由90P提高到了100MP。不论哪种工艺，坯体的体积密度会直接影响到氮化质量。

4干燥制度的影响

干燥工序中温度和时间对产品质量有较大影响。温度过低或时间过短，都会导致胚体中残留水分，在后续的氮化反应过程中诱发硅粉的氧化反应，从而降低氮化反应效率，影响产品质量。温度升高的快慢也会对产品质量造成影响。温度升高太快不利于对高温环境进行控制，过高的温度会造成胚体表面出现裂纹。

5装窑方式的影响

氮化工序之前的装窑方式可能对质量造成影响的因素是胚体之间的缝隙间隔。胚体之间应留有一定的空间，为氮气的顺畅渗透填充提供有利条件，避免出现因装窑总量过多导致流硅现象。

6氮化制度的影响

氮化硅结合碳化硅制品的原料混炼成型后在氮化

炉中高温1400℃左右进行烧制，最终产品的质量和性能与氮化反应的温度有着紧密关系。在硅粉与氮气发生反应的过程中，大致经历两个温度段：首先是升温阶段，然后是原料的氮化反应阶段。其中升温阶段装置内的温度由初始温度升高至1100℃左右，而原料氮化反应阶段的温度在1100~1350℃。

7结语

氮化硅结合碳化硅制品的市场需求量正在稳步提升，对于生产企业来说，这是十分有利的市场机遇。为了赢得良好的市场口碑，提高企业产品在市场中的竞争力，必须对影响氮化硅结合碳化硅制品质量的影响因素进行分析，并制定和采取有效的控制措施，使氮化硅结合碳化硅制品的质量更有保障，加快推动企业实现更高的经营发展战略目标。

参考文献

［1］王增泽.碳化硅材料特性及其应用浅析［J］.新材料产业，2018，（1）：47-51.

［2］张兴稳，杜欢欢.新型氮化硅结合碳化硅砖工艺研究［J］.

焦作大学学报，2018，（3）：78-80.

和操作方式。采用新的技术和手段，大胆使用具有自动化生产方式。同时，在生产的过程中采用密闭性较强的现场设备，消除现场设备使用过程中产生的灰尘。在炼钢厂连铸车间内的电器设备改革，首先是使用新的生产方式和新的手段使炼钢过程中尽量不产生灰尘。其次，还可以采用良好的排风系统将车间内累积的大量灰尘进行消除。采用新工艺和新的生产方式消除灰尘和采用良好的排风系统消除灰尘是两种不同的方式，两种方式不能够相互取代，而需要同时进行。此外，连铸车间内电气设备的使用过程中还可能造成灰尘的逸散，因此需要根据炼钢厂连铸车间的实际情况开发新的防尘产品，将新的防尘设施和新的电气设备相结合，逐渐取代连铸车间内在生产过程中会产生大量灰尘的旧设备。对于新的防尘设施和新的电气设备，首先需要确保防尘技术优于旧设备，并且能够在生产过程中产生较低的灰尘逸散量。在使用先进生产技术和设备的同时，还需要采用科学管理的方式。

3.3提高排风系统的控制效果

现阶段，我国炼钢厂连铸车间内使用最多的防尘方式依旧是采用排风系统。如果车间内的排风系统设计能够适合炼钢厂的连铸车间，就能够采用较少的排风量取得更好的效果。因此，技术人员在对连铸车间设计排风系统时，首先可以考虑采用局部排风的方式代替全部排风。在连铸车间内，最容易受到灰尘积累危害的依旧是电气设备，因此需要尽可能地设计能够使电气设备周围附着的灰尘排除的局部排风罩，最终能够使排风系统采用最小的排风量排除最多的有害灰尘。此

外，还可以设置排风又能够补风的补偿罩，以便能够在寒冷的冬季进行加热，在炎热的夏季进行降温，从而降低电气设备的能耗。

3.4消除车间内产生的二次灰尘

在炼钢厂连铸机的生产过程中，大部分灰尘都被排风系统、吸尘罩等设施进行捕集合抑制，但是从灰尘设备密闭罩的缝隙中依旧可能会逸散出灰尘，这些灰尘大多会重新飘散至车间内部，最终沉淀在电气设备、地面或者墙壁上，最终形成二次尘源。这些二次尘源由于车间内电气设备的转动、人员的流动以及车间内空气的流动会再次在车间中飞扬，最终散布至整个车间，最终使车间内灰尘的浓度增加。然而，二次尘源无法采用一般的方式去清扫和处理，否则会造成更大面积的污染，因此只能采用真空清扫装置进行清理。真空清扫装置有移动式和集中式两种方式，分别用于不同的场所。4结语

综上所述，炼钢厂连铸车间中灰尘的积累会对电气设备产生较大的影响，这些影响最终会导致钢铁工业经济效益受到损耗，因此需要采用新的技术和手段改进和更新电气设备和防尘措施，最终消除灰尘积累对于电气设备的损耗。

参考文献

［1］王林静.炼钢厂连铸泵房电气设备适应性改造［J］.设备管理与维修，2017，（18）：24-25.

［2］马海涛，刘雪丽，郝瑞朝.济钢炼钢厂6#板坯连铸机的技术特点及生产实践［J］.天津冶金，2017，（1）：42-45.